LEKCJA

LEKCJA
TEMAT: Budowa i zasada działania klawiatura.
1.
Urządzenie peryferyjne to rodzaj urządzenia zewnętrznego dołączanego do komputera
najczęściej za pośrednictwem układów wejścia – wyjścia, służące do komunikacji ze światem
zewnętrznym (użytkownikiem).
Podział urządzeń peryferyjnych:
• urządzenia wejściowe np. mysz, klawiatura, skaner;
• urządzenia wyjściowe np. drukarka, monitor;
• pamięci zewnętrzne np. PenDrive, dysk twardy;
• karty telekomunikacyjne np. modem, faks.
2.
Klawiatura służy do wprowadzania danych i wydawania poleceń. Typowa klawiatura
komputerowa ma od kilkudziesięciu do ponad stu klawiszy. Na każdym klawiszu znajduje się
symbol lub napis, na niektórych są dwa lub trzy. Klawisze są rozmieszczone grupami,
ponadto niekiedy różnią się kolorem (odcieniem) i kształtem (wielkością). Klawisze te pełnią
różne funkcje i ich pogrupowanie oraz wyróżnienie kolorami ma ułatwić użytkownikowi
użycie klawisza z właściwej grupy. Na klawiaturze mogą pojawiać się diody sygnalizacyjne.
3.
Klawiatura typu AT posiada złącze typu DIN, przez które przesyłane są następując
sygnały: CLOCK (Zegar) , DATA (Dane), +5V i GND (Masa). Zasilanie +5V jest
dostarczane z komputera. Komunikacja pomiędzy klawiaturą i komputerem odbywa się za
pomocą dwukierunkowego synchronicznego protokołu szeregowego - dane są odczytywane
bit po bicie podczas każdego cyklu zegara. Klawiatura może wysyłać dane do komputera, a
komputer może wysyłać dane do klawiatury, ale priorytet ma zawsze komputer i w każdej
chwili może wstrzymać komunikację ustawiając sygnał zegara w stan niski. Dane wysyłane z
klawiatury do komputera są odczytywane podczas opadającego zbocza zegara. Dane
wysyłane przez komputer do klawiatury są odczytywane podczas narastającego zbocza
zegara. Bez względu na kierunek komunikacji, sygnał zegara zawsze generuje klawiatura.
Jeśli komputer chce wysłać dane, to musi "poprosić" klawiaturę o wygenerowanie sygnału
zegara. Maksymalna częstotliwość sygnału zegarowego wynosi 33kHz, ale najczęściej jest to
10-20kHz (zaleca się 15kHz). Współpraca komputera z klawiaturą polega w większości na
odczytywaniu przez komputer danych z klawiatury.
4.
Dane z klawiatury wysyłane są szeregowo w następującej kolejności:
• 1 bit startu;
• 8 bitów danych;
• 1 bit parzystości;
• 1 bit stopu
5.
Interfejsy klawiatur:
• PS/2;
• USB;
• podczerwień;
• Bluetooth;
• fale radiowe.
Rys. Interfejs klawiatury i forma przesyłania ramki.
6.
Rys. Układ elektryczny klawiatury
Naciśnięcie klawisza powoduje zwarcie obwodu co powoduje przepływ prądu. W zależności
od tego, jaki klawisz wciśniemy generowany jest prąd o innym natężeniu. Cały proces
kontrolowany jest przez mikroprocesor (np. 8048), który sprawdza zmiany natężenia w
obwodach pomiędzy klawiszami. Każdy z klawiszy ma określony układ kodów, co pozwala
odróżnić je od siebie - nawet jeżeli są oznaczone tak samo (np. prawy i lewy Alt). W celu
rozróżnienia, czy nastąpiło wciśnięcie klawisza, czy fluktuacja prądu procesor sprawdza
obwody setki razy na sekundę i bierze pod uwagę tylko te sygnały, które powtórzyły się co
najmniej dwa razy. Kiedy mikroprocesor otrzyma sygnał o akcji klawisza przerabia go na
odpowiednik kodowy. Każdy klawisz ma dwa odpowiedniki kodowe. Jeden znamionujący
wciśnięcie klawisza i drugi - jego zwolnienie. Odpowiedniki kodowe przechowywane są w
pamięci wewnętrznej klawiatury, z której następnie przekazywane są do komputera. Tam z
kolei odbiera je BIOS i przekazuje procesorowi, a następnie wysyła do klawiatury impuls
mówiący, że może usunąć odebrane przez komputer odpowiedniki kodowe z bufora (pamięci
wewnętrznej).
7.
Ogólnie wyróżniamy można dwa typy klawiatur: stykowe i pojemnościowe.
Klawiatur z przełącznikami stykowymi wykorzystują przełączniki o różnej budowie:
Przełącznik w pełni mechaniczny - naciśnięcie klawisza powoduje chwilowe zetknięcie
dwóch metalowych styków. Przełączniki mechaniczne są bardzo trwałe. Same styki
najczęściej są samoczyszczące i wytrzymują nawet 20 milionów uderzeń, co pod względem
wytrzymałości stawia je zaraz po klawiaturach pojemnościowych. Niestety tego typu
rozwiązanie jest wypierane przez tańsze przełączniki membranowe.
Przełącznik z elementem piankowym - charakterystycznym elementem tego typu
przełącznika jest element piankowy, na którego spodniej stronie umieszczona jest
przewodząca błona. Element piankowy jest przymocowany do trzpienia, a ten do klawisza.
Wciśnięcie klawisza powoduje zetknięcie błony z płytką drukowaną i zamknięcie obwodu.
Sprężyna powrotna powoduje wyniesienie klawisza do pozycji wyjściowej. Element
piankowy tłumi efekt zetknięcia, co przy braku sprzężenia zwrotnego, powoduje iż tego typu
klawiatury są miękkie i nie wydają charakterystycznego „kliku". Tego typu rozwiązanie
należy raczej do przeszłości.
Przełącznik z gumową kopułką - w miejscu sprężyny stosuje się gumową kopułkę
(kapturek) osadzoną wybrzuszeniem w górę na płytce obwodu klawiatury. Na spodzie
kopułki znajduje się styk węglowy. Wciśnięcie klawisza powoduje wgniecenie kopułki, która
zapadając się, zwiększa stawiany opór. Użytkownik odczuwa sprzężenie dotykowe, a styk
węglowy zapewnia zamknięcie obwodu. Zwolnienie klawisza powoduje, iż kopułka wraca do
stanu spoczynkowego wypychając klawisz do góry. Tego typu rozwiązanie jest jednym z
najtańszych z najmniejszą liczbą elementów, jednakże zbyt małe sprzężenie dotykowe
sprawiło, że tego typu przełączniki nie są już w zasadzie używane.
Przełącznik membranowy - to rozwiązanie bazuje na konstrukcji przełącznika
kopułkowego. Wykorzystywana jest płaska elastyczna płytka drukowana zapewniająca
przekazywanie wprowadzanych danych. Bardzo często gumowe kopułki, jak i same klawisze
to dwa scalone arkusze. Klawiatury tego typu są twardsze od klawiatur kopułkowych, jednak
nie dorównują komfortem pracy klawiaturom mechanicznym i pojemnościowym. Mimo tego
są najczęściej występującym obecnie rodzajem klawiatur, co jest możliwe dzięki niskim
kosztom produkcji.
Klawiatury z przełącznikami pojemnościowymi są znacznie droższe od rozwiązań
mechanicznych, ale za to są bardziej odporne na zanieczyszczenia i korozje. Zapewniają także
największy komfort pracy poprzez właściwe sprzężenie dotykowe. W przełączniku
pojemnościowym nie występuje zjawisko zetknięcia styków. Do każdego klawisza
wykorzystywane są pary płytek przyłączone do matrycy przełączników, która wykrywa
zmiany w pojemności obwodu. Wciśnięcie klawisza powoduje przesunięcie płytki w stronę
płytki dolne. Umieszczona pod klawiszem sprężyna zapewnia w tym czasie wyraźne
sprzężenie dotykowe, którego efektem jest oczywiście charakterystyczny „klik". Przesunięcie
płytki powoduje zmianę pojemności układu. Specjalny układ wykrywa zmiany pojemności i
informuje o naciśnięciu i zwolnieniu danego klawisza.
Ponieważ przełączniki tego typu nie wymagają zwierania obwodu, to wrażliwość na
zanieczyszczenia i korozję zredukowano niemal do zera, dzięki czemu są to przełączniki
najbardziej trwałe - średnia żywotność wynosi około 25 milionów uderzeń. Niestety nie są to
tanie rozwiązania.
8.
ASCII (ang. American Standard Code for Information Interchange) to 7-bitowy kod
przyporządkowujący liczby z zakresu 0-127 literom (alfabetu angielskiego), cyfrom, znakom
przestankowym i innym symbolom oraz poleceniom sterującym. Przykładowo litera "a" jest
kodowana liczbą 97, a polecenie "powrót karetki", czyli [Enter] – liczbą 13. Litery, cyfry oraz
inne znaki stosowane w kodzie ASCII tworzą zbiór znaków ASCII (95 znaków). Ponieważ
kod ASCII jest 7-bitowy, a większość komputerów operuje na 8-bitowych bajtach, możliwe
się stało powiększenie zbioru kodowanych znaków, bowiem ów ósmy bit podwoił liczbę
dostępnych kodów (z 128 do 256). Powstało wiele różnych rozszerzeń ASCII
wykorzystujących ten ósmy bit (np. norma ISO 8859, rozszerzenia firm IBM lub Microsoft).
Rozszerzenia te nazywane są stronami kodowymi.
9.
Podstawowe rodzaje klawiatur to:
- 101 -klawiszowa klawiatura rozszerzona;
- 104-klawiszowa klawiatura rozszerzona typu Windows (współczesny układ klawiszy
obejmuje o trzy klawisze więcej - Sleep, Power, Wake up);
- 83-klawiszowa klawiatura typu PC i XT;
- 84-klawiszowa klawiatura typu AT.
Powszechnie używamy klawiatury w tzw. układzie QWERTY, co odpowiada
rozmieszczeniu poszczególnych klawiszy podobnie jak na maszynie do pisania. Na
klawiaturach niemieckich obowiązuje standard QWERTZ, co oznacza, że klawisze Z i Y są
zamienione miejscami.